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1、第三章 物理层,主讲老师：李维,04:48:00,1,第3章 物 理 层,物理层位于OSI参考模型的最底层，它的主要功能是实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。它直接面向实际承担数据的物理介质（即通信信道）。物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（“0”或“1”）。【注意：】物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理介质，而是指在物理介质上为上一层（即数据链路层）提供一个传输原始比特率的物理连接。,04:48:00,2,3.1 物理层接口与协议,3.1.1物理层接口（识记） ISO对OSI模型的物理层所作的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特流传
2、输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成,04:48:00,3,3.1 物理层接口与协议,3.1.1物理层接口（识记）ITU的X.25建议书第一级中也作了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。DTE数据终端设备，对属于用户所有的联网设备或工作站的通常，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等。DCE数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入网连接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。,04:48:00,4,3.1 物理
3、层接口与协议,3.1.1物理层接口ITU的X.25建议的DTE-DCE的接口框图如下：由图可见物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其他设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。,04:48:00,5,3.1.2物理层的功能和提供的服务,1机械特征（识记）规定物理连接所使用的外接插件规格、尺寸、引脚数量和排列方式等外观特性。常用的25芯、9芯连接器标准,04:48:00,6,3.1.2物理层的功能和提供的服务,电气特性 规定了在物理连接上传输二进制比特流所使用的电平、匹配阻抗、传输速率和距离限制等。 DTE和DCE接口的各根导线的电气连接方式有三种：（领会） 非平衡方式 每
4、个电路使用一个根导线，收发两个方向共用一根信号地线，每个电路使用一个根导线，收发两个方向共用一根信号地线，会产生比较大的串扰。,04:48:00,7,3.1.2物理层的功能和提供的服务,电气特性 采用差动接收器的非平衡方式 发送器使用非平衡方式，但接收器使用差动接收器， 每个电路使用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，串扰信号较小。 平衡方式 使用平衡发送器和差动接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，串扰信号减至最小。,04:48:00,8,3信号的功能特性（识记）物理层的功能特性规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。接口信号按功能一般可以分为数据信号线、
5、控制信号线、定时信号线和接地线等四类。4规程特性（识记） 物理层的规程特性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。目前由ITU建议在物理层使用的规程有V系列标准，X系列标准，它们分别适用于各种不同的交换电路中。,04:48:00,9,EIA RS-232C 接口标准（领会）,是目前使用最广泛的串行物理接口标准。RS的意思是“推荐标准” 232是标识号码 。 后缀“C” 表示该推荐标准已被修改过的次数。提供了一个利用公共电话网络作为传输介质，通过调制解调器将远程设备连接起来的技术标准。只控制DTE与DCE之间的通信，与连接在两个DCE之间的电话网络没有
6、直接的关系。,04:48:00,10,EIA RS-232C 接口标准（领会）,04:48:00,11,EIA RS-232C 接口标准（领会）,零调制解调器RS232C标准接口也可以用于直接连接两台近地设备，此时既不使用电话线，也不使用调制解调器。为使电缆两端的DTE通过电缆看过方都好像是DCE，可以使用交叉跳线的电缆直接连接，这根连接电缆也称作零调制解调器。,04:48:00,12,EIA RS-232C 接口标准（领会）,机械特性使用25芯的标准连接器，实际应用中常做变通性简化，可使用一个9芯的标准连接器将不常用的信号线舍弃。电气特性逻辑“1”的电平为-15至-5伏，逻辑“0”的电平为+
7、5至+15伏，也即RS-232C采用15伏的负逻辑电平，5伏之间为过度区域不作定义。它们的最大距离为15m。通信速率分为150、300、600、1200、2400、 4800、9600和19200bps等几档。,04:48:00,13,EIA RS-232C 接口标准（领会）,功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线，其中2根地线、4根数据线、11根控制线、3根定时信号线。表3-2给出了其中最常见的10根信号线的功能特性。,04:48:00,14,EIA RS-232C 接口标准（领会）,表3-2,04:48:00,15,EIA RS-232C 接口标准（领会）,DTE- DCE连接,0
8、4:48:00,16,(1) 保护地线 AA,(2) 发送数据 BA,(3) 接收数据 BB,(4) 请求发送 CA,(5) 清除发送 CB,(6) 数据设备 就绪 CC,(7) 信号地线 AB,(8) 载波检测 CF,(20) 数据终端 就绪 CD,(22) 振铃指示 CE,DTE,DCE,计算机或终端,调制解调器,EIA RS-232C 接口标准（领会）,若两台DTE设备（如两台计算机）在近距离直接连接方式可采用下图3-7的方法，图 (a)为完整型连接，(b)为简单型连接。,04:48:00,17,EIA RS-232C 接口标准（领会）,规程特性RS-232C的工作过程是在各根控制信号线
9、有序的“ON”（逻辑“0”）和“OFF” （逻辑“1”）状态的配合下进行的。EIA RS-232接口标准采用非平衡发送和接收方 接口标准有两个较大的弱点，即数据传输速率最高不超过20Kbps，连接电缆的最大长度不超过15m。,04:48:00,18,EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准(领会),RS-449对标准连接器作了详细的说明，由于信号线较多，使用了37芯和9芯连接器。37芯连接器定义了与RS-449有关的所有信号，而辅信道的信号在9芯连接器中定义。RS-449标准的电气特性有两个子标准，即平衡式的 RS-422标准和非平衡式的 RS-423标准。,04:48:00,
10、19,EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准(领会),RS-422电气标准是平衡方式标准，采用平衡发送器和差动接收器，由于采用完全独立的双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。信号电平定义为士6伏（士2伏为过渡区域）的负逻辑。,04:48:00,20,EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准(领会),RS-423电气标准是非平衡标准，采用单端发送器（即非平衡发送器）和差动接收器。虽然发送器与RS-232C标准相同，但由于接收器采用差动方式，所以传输距离和速率仍比RS-232C有较大的提高。RS-423的信号电平定义为6伏（其中4伏为过度区域）的负逻辑。,04:48:
11、00,21,RS-232C及RS-422和RS-423标准比较,100系列和200系列接口标准（识记）,100系列接口标准是DTE与不带自动呼叫设备的DCE（如调制解调器）之间的接口；传输速率为200bps-9600bps是采用25芯标准（机械特性）,采用V.28（电气特性）；传输速率达到48kbps时采用34芯标准（机械特性） ，采用V.35 （电气特性）。200系列接口标准是DTE与带自动呼叫设备的DCE （如网络控制器）之间的接口；采用25芯标准，采用V.28。,04:48:00,23,X.21和X.21 bis建议（识记）,ITU对DTE-DCE的接口标准有V系列和X系列两大类建议 。
12、V系列接口标准一般指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口 ；X系列接口适用于公共数据网的宅内电路终接设备和数据终端设备之间的接口，是一种比较简单的接口 。,04:48:00,24,X.21和X.21 bis建议（识记）,X.21是关于用户计算机的DTE如何与数字化的DCE交换信号的数字接口标准。目标一是减少信号线的数目，采用15芯标准连接器。电气特性类似于RS-422的平衡接口，支持最大的DTE-DCE电缆距离是300m，传输速度最大可达10Mbps。X.21 bis标准指定使用V.24/V.28接口，是用于公共数据网中的与V系列调制解调器接口的建议。X.21和X.21 bis为三种
13、类型的服务定义了物理电路，这三种服务是：租用电路服务，直接呼叫服务和设备地址呼叫服务。,04:48:00,25,3.2 传输介质,传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线两大类。常用有线传输介质双绞线、同轴电缆和光纤；无线传输介质无线电通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信息载体。传输介质的特性网络数据通信质量有很大影响，这些特性有：物理特性，传输特性，连通性，地理范围，抗干扰性，相对价格等。,04:48:00,26,3.2.1双绞线（领会）,双绞线是最常用的传输介质，由按规则螺旋结构排列的2根、4根或8根绝缘导线组成（目的是减少彼此间的电
14、磁干扰）。双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。既可以用于传输模拟信号也可以用于传输数字信号。双绞线分为两种：无屏蔽（UTP）的和屏蔽（STP）的。,04:48:00,27,3.2.2同轴电缆（领会）,同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗50）和宽带同轴电缆(阻抗75)。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆两种，都用于直接传输数字信号；宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高数字信号和模拟信号传输。闭路电视所使用的CATV电缆就是宽带同轴电缆。,04:48:00,28,3.2.2同轴电缆（领会）,04:48:00,29,3.2.3光纤,光纤是光导纤维的简称，它由能传导
15、光波的超细石英玻璃纤维外加保护层构成。主要特点（识记）：通信容量大；传输损耗小，中继距离长；体积小，重量轻；无串音干扰，保密性好；抗雷电和电磁干扰性能好；光纤对接需专用设备，光电接口也较贵。用光线传输电信号时，在发送端要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号。其传送过程如图：（领会）,04:48:00,30,3.2.3光纤（领会）,光纤有单芯（单模）和多芯（多模）之分，分别如下面上、下图所示。,04:48:00,31,光纤的工作原理,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,04:48:00,32,多模光纤与单模光纤,多模光纤,04:48:01,
16、33,3.2.4无线传输介质（识记）,目前常用的技术按照频率由低向高排列有：无线电波、微波、红外线和可见光。由若干小区构成的覆盖区叫做区群。由于区群的结构酷似蜂窝，因此人们将小区制移动通信系统叫做蜂窝移动通信系统。在蜂窝移动通信系统中，多址接人方法主要有3种：频分多址接入FDMA、时分多址接入TDMA与码分多址接入CDMA。蜂窝移动通信网的设计，涉及OSl参考模型的物理层、数据链路层与网络层。,04:48:01,34,蜂窝移动通信系统,04:48:01,35,3.2.4无线传输介质（识记）,微波通信的载波频率为1OOMHz1OGHz范围。因为频率高，可同时传送大量信息，用来传输数字数据，速率可达数Mbps。微波在地面的传输距离有限。直接传输的距离与天线的高度有关，天线越高传输距离越远，超过一定距离要用中继站来接力。,
